基于摇板式造波机的无反射造波仿真

在海洋工程水池试验中,造波机与模型之间的二次波浪反射严重影响试验结果的准确性和可靠性。在势流理论的基础上,采用边界元法建立了二维线性数值波浪水池。通过数值模拟结果与解析解的比较,证实该数值波浪水池的适用性。采用全相位频谱分析方法作为水动力反馈,对入射和反射波进行分离,以分离的反射波信号控制摇板运动以达到吸收二次反射波浪的目的。在此基础上,对摇板式造波机在数值波浪水池中进行了无反射造波仿真试验。仿真结果表明,采用无反射造波后,能有效减弱波浪的二次反射。     

方尾船绕射问题RANS求解研究

基于RANS方程,采用VOF方法捕捉自由液面,通过自定义函数UDF在Fluent平台上建立了三维数值波浪水池,模拟了规则波的生成、传播和消波,发现波陡对数值造波的精度有较大影响。求解了规则波中顶浪航行的方尾船模型的波浪力,并与试验结果和势流理论结果进行了比较。结果表明,基于RANS方程的波浪力计算结果与试验结果和势流理论结果吻合良好,在长波中与试验值更接近。     

吸收式造波机控制系统的研究与设计

在借鉴国内外先进造波技术和经验的基础上，对造波机控制系统的组成进行分析研究，设计完成造波机控制硬件系统；根据吸收式造波理论编写控制软件，并进行吸收式与非吸收式造波试验。试验结果表明，该控制系统能有效地解决模型试验中的多次反射问题。     

平推式造波板运动的数值模拟

平推式推板造波机是近岸及海洋工程波浪物理模型试验中非常重要的试验设备.文章通过垂向二维数学模型,利用线性造波理论来模拟造波板运动,分析了造波板前后水体动力过程,以及当造波板后不设消波设施时,造波板至后墙距离对水体动力过程的影响.该数学模型以包含水气二相流系统的Navier-Stokes方程为基本控制方程,应用粒子Lev...     

具有ARC功能的摇板式造波机的应用研究

船舶试验科学的发展促进了水池试验水平的提高,采用具有ARC(主动式消波)技术的造波系统会有效地吸收各种反射波,明显提高水池的波浪模拟质量.本文针对摇板式造波机,对主动反射吸收造波原理进行推导,提出了适用于规则波和不规则波的摇板式造波机的主动消波方法,并在水槽中设计出一套用于ARC造波的计算机控制单元板造波装置,最后通过试验结果对这种方法进行了主动消波的验证.     

试论海洋工程水池工艺设计的基本原理

海洋工程水试验池的设计目标是实现对海洋环境的模拟.探讨了水池主尺度选择以及造波系统、造流系统等设计内容.通过造波系统原理分析,探讨了造波精度的保证措施;通过对整流措施的分解描述,探讨了造流系统水力学设计的原理;强调了水力学模型试验对造流系统的作用.     

分段式造波机生成斜向波浪特性的理论研究*

分段式造波机是实验室模拟真实海浪以及研究波浪特性的重要设备。单元造波板的相对宽度和波浪周期是影响分段式造波机生成波质量的重要因素。通过数值模型研究分段式造波机生成斜向波浪的理论特性,分析了波浪周期与相对造波板宽度对波浪传播的影响,总结分段式造波机的有效区域范围的变化规律,可为实际试验提供参考。     

蛇形造波机性能测试

对蛇形造波机的机械性能和造波质量进行了测试。所有指标均满足试验要求。规则波最大波高达35cm。多方向不规则波的有效范围达到理论长度。     

甲板上浪问题的二维数值模拟

以连续性方程和N-S方程为控制方程,采用源造波理论和技术,建立了具有造波和消波功能的二维数值波浪水槽,并使用VOF方法追踪自由面来模拟二维情况下的甲板上浪问题.文中就迎浪状态下的固定FPSO和横浪状态下的运动船体断面模型所遭遇的甲板上浪现象分别进行了数值模拟研究.船体的运动规律通过势流理论计算结果给定,在上浪现象模拟计算时,船体的运动采用移动网格技术实现.研究表明,计算结果与试验结果相当吻合,该方法可以用于甲板上浪现象的预报和模拟,可以用于分析预报甲板上浪对浮体的破坏作用.     

楔形冲箱的二阶斯托克斯波制造理论及其SPH检验

冲箱式造波机已应用于国内外许多物理水池,但缺乏制造二阶斯托克斯波的冲箱运动控制理论。基于冲箱浸没体积的变化量与生成的波浪体积相守恒的原理,推导了关联楔形冲箱运动与目标波浪要素的隐式方程组,并给出了制造二阶斯托克斯波的约束条件。应用推导的造波理论,在经过精度检验和收敛性分析的光滑粒子流体动力学（SPH）波浪水池中模拟二阶斯托克斯波的生成。将数值波面与解析波面进行比较,显示生成的二阶斯托克斯波的波形稳定、波要素准确,证实了该造波理论的可靠性。     

张力式平台运动响应的理论计算与模型试验

本文对一座51700t作业水深为256m的张力式平台模型在规则波及不规则波中进行了试验,并利用二维及三维计算程序计算了该平台的波频运动响应,计算与实验结果颇为一致。文中还讨论了运动响应的非线性问题,最后对在生存海况下估算张力式平台纵荡及横荡的方法提出了看法。     

S-175集装箱船舶波浪载荷的船模试验与线性切片理论计算的比较

本文就日本S-175集装箱船舶的波浪载荷进行了船模试验与线性切片理论计算的比较,发现线性切片理论对于波浪载荷沿船长的纵向分布以及中拱与中垂的不同分量都与试验值存在着相当大的差异,仅纵向运动较为满意;揭示了对于在高浪级下快速舰船的波浪载荷,特别是砰击载荷应致力于开展非线性理论和试验研究。     

规则波中半潜平台运动响应的三维势流理论预报

本文介绍了第17届国际拖曳水池会议(ITTC)海洋工程委员会的半潜平台运动响应理论计算互比计划。提供了中国船舶科学研究中心三维势流理论计算程序CRS-WAVE与国外同类程序计算结果间的比较以及与试验结果的比较,证明该程序性能良好。     

CSSRC的螺旋桨定常面元法

中国船舶科学研究中心(CSSRC)从八十年代至九十年代一直在发展螺旋桨、导管螺旋桨的定常、非定常面元法,现已在为工业服务中作为日常的计算工具,取得了非常满意的结果.本文将CSSRC过去的研究成果作一系统的归纳整理,供今后使用者参考.文中详细介绍了面元法的理论基础、网格划分、Kutta条件的实施等求解过程.同时还系统地进行了数值试验分析,使应用程序进一步规范化.对面元法对网格数的依赖性、收敛性进行了研究,提出了建议的网格数.通过对多个实例产品的计算,表明与试验结果相比误差可在3%以内,可较好地满足工程应用的目的.     

Three-dimensional numerical wave tank simulations on fully nonlinear wave–current–body interactions

A finite-difference scheme and a marker-and-cell (MAC) method are used for numerical wave tank (NWT) simulations to investigate the characteristics of nonlinear wave motions and their interactions with a stationary three-dimensional body in the presence of steady uniform currents. The Navier–Stokes (NS) equation is solved in the computational domain, and the boundary values are updated at each time-step by a finite-difference time-marching scheme in the frame of a rectangular coordinate system. The fully nonlinear kinematic free-surface condition is satisfied by the marker–density function technique developed for two fluid layers. The incident waves are generated from the inflow boundary by prescribing a velocity profile resembling the motions of a flexible flap wavemaker, and the outgoing waves are numerically dissipated inside an artificial damping zone located at the end of the tank. Using the NS–MAC NWT, nonlinear wave and current interactions around a stationary vertical truncated circular cylinder are studied, and the results are compared with the experimental results of Mercier and Niedzwecki, a time-domain NWT based on linear potential theory, a fully nonlinear NWT, and a second-order diffraction computation. Received: July 3, 2001 / Accepted: September 25, 2001     

基于边界元方法的二维全非线性数值波浪水槽(英文)

The development of a two dimensional numerical wave tank (NWT) with a rocker or piston type wavemaker based on the high order boundary element method (BEM) and mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) is examined. The cauchy principle value (CPV) integral is calculated by a special Gauss type quadrature and a change of variable. In addition the explicit truncated Taylor expansion formula is employed in the time-stepping process. A modified double nodes method is assumed to tackle the corner problem, as well as the damping zone technique is used to absorb the propagation of the free surface wave at the end of the tank. A variety of waves are generated by the NWT, for example; a monochromatic wave, solitary wave and irregular wave. The results confirm the NWT model is efficient and stable.     

VC与Fortran混合编程及其在实验室水槽造波系统中的应用

为了提高造波软件的开发效率,界面和图形部分采用VC开发,波浪计算部分由Fortran编程,并成功地开发了实验室水槽造波软件的不规则波模块,为了验证该模块的准确性,对其主要的两个过程:即谱到时序列和时序列到谱进行了验证,结果令人满意。     

VLCC风帆船航态及负荷变化对推进因子的影响研究

文章针对一条VLCC风帆助推船舶开展水池快速性模型试验研究,通过开展直航、系列变漂角、系列变舵角等工况的模型阻力和变负荷自航试验,研究船舶在风帆助航工况下由于航行姿态和螺旋桨负荷变化引起推进效率的变化规律.基于系列变漂角、变舵角的试验分析结果,开展了船舶自航因子的统计回归分析,据此可开展VLCC风帆助推船在特定航行工况的节能收益评估.论文研究表明:该VLCC船舶航态及航行负荷变化对船后推进因子和推进效率影响有其规律性;本文开展的试验研究和分析方法可对此类风帆助推船舶的节能收益进行定量评估.     

孔腔脉动压力及其波数—频率谱的大涡模拟研究

孔腔流动中包含着流动分离和失稳以及涡旋相互干扰等复杂的流动现象。孔腔涡旋流动引起的流体振荡能够引起脉动压力的显著增加从而产生强烈的噪声,在工程实际中备受关注。湍流脉动压力是流激噪声的重要来源,也是湍流研究中的基础性问题,对其进行数值计算研究是流声耦合领域的重要内容,而湍流脉动压力波数—频率谱的构建更是该领域的技术难点。文章采用大涡模拟方法(LES)对孔腔脉动压力进行了数值模拟,考察了四套网格和四种亚格子应力模型对计算结果的影响,并与试验结果进行比较,验证数值计算方法的可靠性。首先采用大涡模拟方法计算了孔腔的脉动压力,并与中国船舶科学研究中心的空泡水筒试验结果进行对比分析。接着详细地分析孔腔脉动压力,研究亚格子应力模型和网格数量对计算结果的影响。最后,对数值计算得到的脉动压力多元阵列结果进行时间/空间Fourier变换,构建了三维脉动压力波数-频率谱。该文工作对今后流激结构振动噪声的预报和流动控制研究奠定了基础。